-->
|
|
|
Ãëàâà 9. Ìîëåêóëÿðíî-êèíåòè÷åñêàÿ òåîðèÿ èäåàëüíîãî ãàçà § 57. Îñíîâíîå óðàâíåíèå ìîëåêóëÿðíî-êèíåòè÷åñêîé òåîðèè ãàçîâ (îêîí÷àíèå)Îñíîâíîå óðàâíåíèå ìîëåêóëÿðíî-êèíåòè÷åñêîé òåîðèè (ÌÊÒ) ãàçîâ. Ñòðîãèé âûâîä óðàâíåíèÿ ìîëåêóëÿðíî-êèíåòè÷åñêîé òåîðèè ãàçîâ äîâîëüíî ñëîæåí. Ïîýòîìó ìû îãðàíè÷èìñÿ óïðîù¸ííûì âûâîäîì óðàâíåíèÿ. Ïðåäïîëîæèì, ÷òî ãàç èäåàëüíûé è âçàèìîäåéñòâèå ìîëåêóë ñî ñòåíêîé àáñîëþòíî óïðóãîå. Âû÷èñëèì äàâëåíèå ãàçà, íàõîäÿùåãîñÿ â ñîñóäå, íà áîêîâóþ ñòåíêó ïëîùàäüþ S, ïåðïåíäèêóëÿðíóþ êîîðäèíàòíîé îñè ÎÕ (ðèñ. 9.2).
Ïðè óäàðå ìîëåêóëû î ñòåíêó å¸ èìïóëüñ èçìåíÿåòñÿ: Δðõ = m0(υõ - υ0x). Ïðè àáñîëþòíî óïðóãîì âçàèìîäåéñòâèè ìîäóëè ñêîðîñòè ìîëåêóëû äî è ïîñëå óäàðà ðàâíû, è òîãäà èçìåíåíèå èìïóëüñà Δðõ = 2m0υx. Ñîãëàñíî âòîðîìó çàêîíó Íüþòîíà èçìåíåíèå èìïóëüñà ìîëåêóëû ðàâíî èìïóëüñó ïîäåéñòâîâàâøåé íà íå¸ ñèëû ñî ñòîðîíû ñòåíêè ñîñóäà, à ñîãëàñíî òðåòüåìó çàêîíó Íüþòîíà èìïóëüñ ñèëû, ñ êîòîðîé ìîëåêóëà ïîäåéñòâîâàëà íà ñòåíêó, áóäåò èìåòü òî æå çíà÷åíèå. Ñëåäîâàòåëüíî, â ðåçóëüòàòå óäàðà ìîëåêóëû íà ñòåíêó ïîäåéñòâîâàëà ñèëà, èìïóëüñ êîòîðîé ðàâåí 2m0|υx|. Ìîëåêóë ìíîãî, è êàæäàÿ èç íèõ ïåðåäà¸ò ñòåíêå ïðè ñòîëêíîâåíèè òàêîé æå èìïóëüñ. Çà âðåìÿ t îíè ïåðåäàäóò ñòåíêå èìïóëüñ 2m0|υx|Z, ãäå Z — ÷èñëî óäàðîâ âñåõ ìîëåêóë î ñòåíêó çà ýòî âðåìÿ. ×èñëî Z, î÷åâèäíî, ïðÿìî ïðîïîðöèîíàëüíî êîíöåíòðàöèè ìîëåêóë, ò. å. ÷èñëó ìîëåêóë â åäèíèöå îáú¸ìà, à òàêæå ñêîðîñòè ìîëåêóë |υx|. ×åì áîëüøå ýòà ñêîðîñòü, òåì áîëüøå ìîëåêóë çà âðåìÿ t óñïåþò ñòîëêíóòüñÿ ñî ñòåíêîé. Åñëè áû ìîëåêóëû «ñòîÿëè íà ìåñòå», òî ñòîëêíîâåíèé èõ ñî ñòåíêîé íå áûëî áû ñîâñåì. Êðîìå òîãî, ÷èñëî ñòîëêíîâåíèé ìîëåêóë ñî ñòåíêîé ïðîïîðöèîíàëüíî ïëîùàäè S ïîâåðõíîñòè ñòåíêè: Z ~ n|υx|St. Íàäî åù¸ ó÷åñòü, ÷òî â ñðåäíåì òîëüêî ïîëîâèíà âñåõ ìîëåêóë äâèæåòñÿ ê ñòåíêå. Áëàãîäàðÿ õàîòè÷íîìó äâèæåíèþ íàïðàâëåíèÿ äâèæåíèÿ ìîëåêóë ïî è ïðîòèâ îñè ÎÕ ðàâíîâåðîÿòíû, ïîýòîìó âòîðàÿ ïîëîâèíà ìîëåêóë äâèæåòñÿ â îáðàòíóþ ñòîðîíó. Çíà÷èò, ÷èñëî óäàðîâ ìîëåêóë î ñòåíêó çà âðåìÿ t Ó÷ò¸ì, ÷òî íå âñå ìîëåêóëû èìåþò îäíî è òî æå çíà÷åíèå êâàäðàòà ñêîðîñòè υ2x.  äåéñòâèòåëüíîñòè ñðåäíÿÿ ñèëà, äåéñòâóþùàÿ íà ñòåíêó, ïðîïîðöèîíàëüíà íå υ2x, à ñðåäíåìó çíà÷åíèþ êâàäðàòà ñêîðîñòè
Ôîðìóëà (9.6) ñâÿçûâàåò ìàêðîñêîïè÷åñêóþ âåëè÷èíó — äàâëåíèå, êîòîðîå ìîæåò áûòü èçìåðåíî ìàíîìåòðîì, — ñ ìèêðîñêîïè÷åñêèìè ïàðàìåòðàìè, õàðàêòåðèçóþùèìè ìîëåêóëû: èõ ìàññîé, êîíöåíòðàöèåé, ñêîðîñòüþ õàîòè÷íîãî äâèæåíèÿ. Ñâÿçü äàâëåíèÿ ñî ñðåäíåé êèíåòè÷åñêîé ýíåðãèåé ìîëåêóë. Åñëè ÷åðåç
Âîïðîñû ê ïàðàãðàôó 1. ×åì ïðåíåáðåãàþò, êîãäà ðåàëüíûé ãàç ðàññìàòðèâàþò êàê èäåàëüíûé? 2. Ãàç îêàçûâàåò äàâëåíèå íà ñòåíêè ñîñóäà. À äàâèò ëè îäèí ñëîé ãàçà íà äðóãîé? 3. Âñåãäà ëè ðàâíîïðàâíû ñðåäíèå çíà÷åíèÿ ïðîåêöèé ñêîðîñòè äâèæåíèÿ ìîëåêóë? 4. ×åìó ðàâíî ñðåäíåå çíà÷åíèå ïðîåêöèè ñêîðîñòè ìîëåêóë íà îñü ÎÕ? 5. Ïî÷åìó ìîëåêóëà ïðè ñîóäàðåíèè ñî ñòåíêîé äåéñòâóåò íà íå¸ ñ ñèëîé, ïðîïîðöèîíàëüíîé ñêîðîñòè, à äàâëåíèå ïðîïîðöèîíàëüíî êâàäðàòó ñêîðîñòè ìîëåêóëû? 6. Ïî÷åìó è êàê â îñíîâíîì óðàâíåíèè ìîëåêóëÿðíî-êèíåòè÷åñêîé òåîðèè ïîÿâëÿåòñÿ ìíîæèòåëü 7. Êàê ñðåäíÿÿ êèíåòè÷åñêàÿ ýíåðãèÿ ìîëåêóë ñâÿçàíà ñ êîíöåíòðàöèåé ãàçà è åãî äàâëåíèåì íà ñòåíêè ñîñóäà?
<<< Ê íà÷àëó ïàðàãðàôà Ñëåäóþùàÿ ñòðàíèöà >>>
|
|
|